Tecnologias de interconexão de MANs_WANs

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Tecnologias de interconexão de MANs/WANs
Prof. Sidney Ventury
Descrição
Tecnologias tradicionais de interligação de MANs e WANs, MPLS, Metro
Ethernet e redes óticas.
Propósito
O profissional de tecnologia da informação que atuar na área de redes
de computadores terá de conhecer as soluções que podem ser
utilizadas para as redes MAN e WAN. Isso permitirá a ele definir qual
das tecnologias é a mais adequada ao projeto ou gerenciar uma rede
existente.
Objetivos
Módulo 1
MANs e WANs
Descrever as tecnologias já empregadas para a interligação de MANs
e WANs.
Módulo 2
Redes MPLS
Descrever as redes MPLS e seus componentes.
Módulo 3
Metro Ethernet
Descrever as redes Metro Ethernet e seus componentes.
Módulo 4
Redes óticas
Descrever as redes óticas e seus componentes.
Quando você navega pela internet e deseja utilizar algum serviço
disponibilizado, as suas requisições saem de sua rede local,
atravessam diversos enlaces disponibilizados pelos provedores de
acesso à internet e alcançam os servidores, localizados em outras
redes locais ou datacenters. Os servidores respondem e fazem o
caminho reverso até chegarem ao seu computador.
Esse processo ocorre de forma transparente para a maioria dos
usuários, mas o profissional de redes precisa entender que, durante
o caminho percorrido, o pacote de dados percorreu diversos
enlaces que utilizam tecnologias próprias para as redes
metropolitanas (MAN) ou as de longa distância (WAN).
Esses tipos de redes têm características e funcionalidades
diferentes daquelas empregadas nas redes locais (LANs), sendo
uma das mais evidentes o comprimento do enlace, que pode
chegar a dezenas ou centenas de quilômetros. Além disso, como
as redes interligam muitos usuários e empresas, é necessário que
elas tenham uma alta taxa de transmissão para atender ao tráfego
gerado.
Introdução
1 - MANs e WANs
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever as tecnologias já empregadas para a
interligação de MANs e WANs.
X.25
A longo dos anos, vários protocolos foram utilizados para interligar
redes em longas distâncias. O mais antigo deles é o X.25. Proposto pelo
ITU-T no livro de recomendações (Provisional Recommendations)
denominado The orange book, de 1978, ele pode ser considerado o
precursor de dois protocolos que conheceremos neste módulo: o Frame
Relay e o ATM.
Concebido a partir da comutação de pacotes, o X.25 trabalha como um
protocolo de acesso à rede que gerencia a comunicação de dados por
meio de pacotes, utilizando, para tal, comunicação síncrona e orientada
a bit.
Ele trabalha em três camadas do modelo OSI:
Tendo isso em vista, iniciaremos os nossos estudos com o
propósito de entender as características das principais tecnologias
existentes que empregam meios de transmissão cabeados.
Inicialmente, conheceremos o histórico das tecnologias
empregadas para MANs e WANs, as chamadas redes legadas. Em
seguida, falaremos sobre o MPLS, as redes Metro Ethernet e, por
fim, as redes óticas.
Física
Define as características mecânicas e elétricas da interface do terminal
e da rede. A transmissão é feita de modo síncrono e full duplex.
Enlace
Inicia, verifica e encerra a transmissão de dados na ligação entre o DTE
e o DCE , sendo responsável pelo sincronismo, pela detecção e pela
correção de erros durante e transmissão.
Rede
Realiza o empacotamento dos dados e define se a transmissão será
realizada por circuito virtual comutado (SVC) ou por circuito virtual
permanente (PVC).
DCE e DTE
Em uma ligação serial, existe, de um lado, o DCE, que é o encarregado de
codificar ou modular os dados para o meio físico de transmissão; e do
outro, o DTE, que são os equipamentos que geram e recebem os dados.
Circuito virtual comutado (SVC)
Emprega conexões temporárias estabelecidas somente no momento da
comunicação. O SVC é similar à realização de uma ligação telefônica, pois,
primeiramente, a chamada deve ser estabelecida; em seguida, os dados
são transferidos, e a ligação é finalizada.
Circuito virtual permanente (PVC)
Emprega conexões permanentes, não existindo a necessidade de realizar
uma chamada para estabelecer conexão. O PVC é similar a uma linha
alugada/dedicada, já que o circuito está sempre ativo; por essa razão, a
transmissão dos dados pode ser realizada sem a necessidade de haver
anteriormente uma chamada.
Segundo Forouzan (2008), o X.25 possui uma série de desvantagens,
como uma taxa de dados abaixo de 64kbps. Por volta dos anos 1990, já
havia uma necessidade de WANs de maior velocidade.
Além disso, ele apresenta um controle de erros e de fluxo abrangente
tanto na camada de enlace de dados como na de rede. Isso ocorre
porque o X.25 foi desenvolvido nos anos 1970, quando os meios de
transmissão disponíveis eram mais sujeitos a erros.
Esse controle nas duas camadas cria um grande
overhead e diminui a velocidade das transmissões. O
X.25 requer confirmações tanto para quadros da
camada de enlace de dados quanto para pacotes da
camada de rede.
Originalmente, o X.25 foi concebido para uso privado, e não para a
internet. Ele já tem a própria camada de rede, que encapsula os dados
do usuário. A internet, porém, apresenta a camada dela.
Atenção
Se a rede mundial quiser usar o X.25, portanto, ela precisará entregar
seu pacote de camada de rede (chamado de datagrama) para o
encapsulamento no pacote X.25. Isso duplica o overhead. Devido a essa
desvantagem, as empresas de telecomunicações buscaram desenvolver
outros protocolos para a interligação de redes, surgindo o Frame Relay.
Frame Relay
O Frame Relay foi desenvolvido no contexto do ISDN e padronizado pelo
International Telecommunication Union (ITU) com o propósito de
eliminar as desvantagens apresentadas pelo X.25.
Segundo Forouzan (2008), as principais características do Frame Relay
são:
ISDN
A sigla ISDN corresponde a um conjunto de padrões de comunicação
para a transmissão digital simultânea de voz, vídeo, dados e outros
serviços de rede sobre os circuitos tradicionais da rede pública de
telefonia comutada. Desenvolvido no final da década de 1980 e no
início dos anos 1990, tal conjunto divide a informação em frames
(vem daí seu nome), os quais, por sua vez, são similares
estruturalmente aos pacotes. Devido às suas vantagens em relação
ao X.25, ele logo passou a ser utilizado em larga escala pelas
empresas na interligação de suas aplicações e na criação de suas
WANs.
Opera a uma velocidade mais alta (1,544Mbps e,
posteriormente, 44,376Mbps).
Opera apenas nas camadas física e de enlace de dados,
podendo ser utilizado como uma rede backbone para
oferecer serviços a arquiteturas que já possuem um
protocolo de camada de rede, como a internet.
Permite dados em rajadas.
Permite um tamanho de quadro de 9.000 bytes, sendo
capaz de acomodar todos os tamanhos de quadros das
redes locais.
É mais barato que outras WANs tradicionais.
Apresenta detecção de erros apenas na camada de
enlace de dados.
Não implementa controle de fluxo ou de erros, tampouco
uma política de retransmissão. O Frame Relay foi
concebido dessa maneira para oferecer recursos de
transmissão rápida para meios mais confiáveis e para
aqueles protocolos com controles de erros e de fluxo
nas camadas superiores.
Arquitetura do Frame Relay
De forma similar à do X.25, o Frame Relay oferece circuitos virtuais
permanentes (PVC) e comutados (SVC). A imagem a seguir mostra uma
arquitetura típica cuja “nuvem” Frame Relay faz a ligação da rede local
com o backbone da internet:
“nuvem” Frame Relay
Frame Relay é costumeiramente representado como uma nuvem por
causa da sua concepção: não existem apenas dois pontos (como
uma rede ponto a ponto), e sim uma série de nós que permite a
concepção dos circuitos virtuais nos quais são efetivadas as
transmissões.
Rede Frame Relay.
Quando uma fonte e um destino desejam se comunicar, eles podem
optar por um PVC cuja conexão é simples. Basta, para isso, obter o DLCI
de saída para a fonte e o DLCI de chegada parao destino.
DLCI
Data link connection identifier. Os circuitos virtuais do Frame Relay
são identificados por um número chamado de DLCI.
O uso do PVC, entretanto, possui algumas desvantagens:
É caro, pois as duas partes pagam pela conexão todo o
tempo, até mesmo quando ela não é usada.
É criada uma conexão de uma fonte a um único destino.
Se a fonte necessitar de conexões com vários destinos,
ela precisará de um PVC para cada conexão.
Outra abordagem possível é o uso do SVC, que cria uma conexão curta e
temporária, existente apenas durante a transferência de dados entre a
fonte e o destino. Um SVC requer fases de estabelecimento e término da
conexão de circuitos virtuais.
Funcionamento de circuitos virtuais
Em uma rede de circuitos virtuais, dois tipos de endereçamento estão
envolvidos:
Global
Identifica univocamente uma fonte ou um destino no escopo da rede ou
internacionalmente.
Identi�cador de circuitos virtuais (VCI) ou DLCI
É o endereço efetivamente utilizado para a transferência de dados. Ele é
um pequeno número no âmbito dos switches Frame Relay. Quando um
frame chega a um switch, ele tem um VCI (ou DLCI); já quando o deixa,
possui um VCI ou DLCI diferente.
Switches Frame Relay
São os equipamentos que controlam o encaminhamento dos frames.
Cada switch, no caso de uma Rede Frame Relay, apresenta uma
tabela para direcionar quadros. Essa tabela associa uma
combinação porta de entrada-DLCI com uma porta de saída-DLCI.
Identificador de circuitos virtuais.
Já a comunicação ocorre em três frases:
Estabelecimento da
conexão
A origem e o destino usam seus
endereços globais para ajudar os
switches a criar entradas na
tabela para cada conexão.
Transferência de dados
Os switches analisam o VCI do
frame de entrada e determinam
o VCI de saída.
Encerramento da conexão
A origem e o destino avisam os
switches para eliminar a entrada
correspondente.
Transmissão de dados pelos switches.
Camadas do Frame Relay
O Frame Relay funciona nas camadas 1 e 2 do modelo OSI com as
seguintes características:
Camada física
Não estabelece nenhum protocolo nesta camada, provendo suporte
para qualquer um dos protocolos reconhecidos pela ANSI.
Camada de enlace de dados
Utiliza um protocolo simples que não realiza controle de erros ou de
fluxo, possuindo apenas um mecanismo de detecção de erros.
Quadro Frame Relay
O quadro do Frame Relay é composto pelos seguintes quadros:
 Campo de endereço (DLCI)
Os 6 primeiros bits do 1º byte formam a 1ª parte do
DLCI. A 2ª parte do DLCI usa os 4 primeiros bits do
2º byte. Esses bits fazem parte do identificador de
conexão de enlace de dados, de 10 bits, definido
pelo padrão.
 Comando/resposta (C/R)
O bit C/R indica se o quadro transporta um
comando ou uma resposta. Não é usado pelo
protocolo Frame Relay.
 Endereço estendido (EA)
O bit EA indica se o byte atual é o byte final do
endereço. Um EA igual a 0 significa que está por vir
t b t d d i l 1 b t t l é
outro byte de endereço; igual a 1, que o byte atual é
o final.
 Noti�cação de congestionamento explícito
no sentido direto (FECN)
O bit FECN pode ser ativado por qualquer switch
Frame Relay para indicar que o tráfego está
congestionado. Dessa forma, o destino fica ciente
de que deve esperar atraso ou perdas de pacotes.
 Noti�cação de congestionamento explícito
no sentido inverso (BECN)
O bit BECN é ativado (em quadros que trafegam no
sentido oposto) para informar ao transmissor
problemas de congestionamento na rede. Assim, a
fonte fica sabendo que precisa desacelerar para
prevenir a perda de pacotes.
 Elegibilidade para descarte (DE)
O bit DE indica o nível de prioridade do quadro. Em
situações emergenciais, os switches Frame Relay
podem ter de descartar quadros para aliviar
gargalos e evitar que a rede entre em colapso em
virtude da sobrecarga. Quando ativo (DE 1), o
quadro será candidato ao descarte caso exista
congestionamento. Esse bit pode ser ativado pelo
transmissor dos quadros (usuário) ou por qualquer
outro switch da rede.
Quadro de Frame Relay.
ATM
O ATM é um protocolo de transmissão de células projetado pelo ATM
Fórum e adotado pelo ITU-T. Sua origem remonta ao início da década de
1990, quando o Frame Relay era o meio de interligação mais utilizado,
ou seja, era usada a comutação de quadros.
Redes de quadros
As redes de quadros, assim como o Frame Relay, possuem um
cabeçalho relativamente grande. O tamanho do quadro pode variar
bastante, o que dificulta a multiplexação e exige que os equipamentos,
como switches, multiplexadores e roteadores, incorporem sistemas
operacionais sofisticados para conseguir gerenciar os diferentes
tamanhos de quadros.
O processamento dos quadros de diversos tamanhos exige a leitura de
uma grande quantidade de dados do cabeçalho, tornando a
interconexão de redes de quadros lenta e cara.
Outro problema é conseguir manter a velocidade de entrega constante
quando se lida com tamanho de quadros que apresentam uma grande
variação.
Observe na imagem ao lado o que acontece quando uma rede utiliza
quadros grandes de dados e a outra, quadros pequenos, como de vídeo:
Multiplexação de quadros de tamanhos distintos Frame Relay.
Se o quadro X da linha 1 chegar antes dos quadros pequenos da linha 2,
será encaminhado antes, já que o multiplexador não tem como saber
que, a seguir, chegariam quadros pequenos. Isso vai gerar um atraso
grande em todos os quadros de linha 2 somente pelo tempo de
transmissão de X.
Redes de células
Esses problemas das redes de quadros podem ser eliminados utilizando
redes de células nas quais os dados são carregados em unidades de
tamanho fixo denominadas células, o que permite a previsibilidade e a
uniformidade do fluxo de transmissão. Quando quadros de diferentes
tamanhos chegam a essa rede, eles são divididos em pequenas
unidades de mesmo tamanho (as células); em seguida, elas são
multiplexadas com outras células e enviadas pela rede.
Multiplexação de células.
A imagem acima apresenta duas linhas enviando células em vez de
quadros. O quadro X foi segmentado em três células: X, Y e Z. Apenas a
primeira célula da linha 1 consegue ser colocada no enlace antes da
primeira célula da 2. As células das duas linhas serão entrelaçadas de
modo que nenhuma delas sofra um grande atraso.
Multiplexação no ATM
O ATM utiliza a multiplexação por divisão de tempo assíncrona (TDM).
Os slots possuem o tamanho de uma célula, enquanto os
multiplexadores preenchem um slot com uma célula de qualquer canal
de entrada que tenha algo para ser transmitido; caso não exista o que
transmitir, o slot ficará vazio.
Arquitetura do ATM
O ATM emprega vários tipos de dispositivos para implementar sua rede
de comutação de células:
Pontos terminais – dispositivos de acesso dos usuários.
UNI – interligam os pontos terminais aos switches da
rede ATM.
Switches – equipamentos que fazem o envio das células
determinando o caminho a ser percorrido.
NNIS - Interligam os switches da rede ATM.
A imagem a seguir mostra um exemplo de uma rede ATM:
Rede ATM.
Já a conexão entre dois pontos terminais é realizada por:
Rotas de transmissão (TPs): Correspondem ao meio
físico de transmissão entre o ponto terminal e switches
ou entre os switches. TPs são divididas em várias rotas
virtuais.
Rotas virtuais (VPs): Fornecem uma conexão ou um
conjunto de conexões entre dois switches.
Circuitos virtuais (VCs): Correspondem a uma rota
virtual entre uma origem e um destino. Todas as células
pertencentes a uma única mensagem seguem o mesmo
circuito virtual e permanecem em sua ordem original até
atingir seu destino.
TP, VPs e VCs.
Para identificar o circuito virtual a ser utilizado, o ATM utiliza um
identificador de dois níveis:
• VPI (Virtual path identifier) - define o VP a ser utilizado.
• VCI - define o VC pertencente ao VP que será utilizado.
Note que uma conexão virtual é identificada por um par de números: VPI
e VCI.
Identificadores de conexão.
A célula ATM possui53 bytes (5 bytes de cabeçalho basicamente
ocupados pelo VCP/VCI e 48 de payload):
Célula ATM.
Similar ao Frame Relay, o ATM utiliza PVC e SVC, enquanto seus
switches fazem a comutação tendo como base tabelas (conforme
ilustra a imagem). Podemos observar que o switch ATM, ao receber em
sua interface 1 uma célula com VPI 153 e VCI 67, consulta sua tabela de
chaveamento e encaminha a célula para a interface 3, endereçando com
VPI 140 e VCI 92.
Comutação ATM.
Fracasso do ATM
Assim que surgiu, na década de 1990, o ATM teve muito sucesso.
Contudo, atualmente, ele caiu em desuso devido basicamente a dois
fatores:

Os equipamentos ATM eram muito mais caros que os switches e os
roteadores IP.

A criação pelo IETF da tecnologia de comutação de rótulos utilizando
roteadores IP convencionais gerou uma solução eficiente e mais barata.
A evolução das redes de longa
distância
Acompanhe agora um resumo histórico da evolução das redes MAN e
WAN. Vamos lá!

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O Frame Relay identifica os seus circuitos virtuais com o DLCI, que,
por sua vez, corresponde a 10 bits. Considere que os primeiros dois
bytes do cabeçalho de um quadro Frame Relay sejam:
1101010100111111
O seu DLCI seria:
A 1101010100
B 0100111111
C 1101010011
Parabéns! A alternativa C está correta.
O Frame Relay identifica os circuitos com o DLCI, que é composto
pelos 6 primeiros bits do primeiro byte e os 4 primeiros bits do
segundo byte. Seu cabeçalho, no caso, seria então:
Questão 2
O ATM surgiu como uma proposta de solução de interconexão
baseada em células pequenas de tamanho fixo. Sua arquitetura
engloba vários conceitos, entre os quais, temos:
I. Rotas de transmissão (TPs): Correspondem ao meio físico de
transmissão entre o ponto terminal e os switches ou entre os
switches.
II. Circuitos virtuais (VCs): Fornecem uma conexão ou um conjunto
de conexões entre dois switches.
III. Rotas virtuais (VCs): Correspondem a um circuito virtual entre
uma origem e um destino.
Está correto o que se afirma em:
D 1111111101
E 1101010011
A I
B II
C III
D I e II
Parabéns! A alternativa A está correta.
As definições das afirmativas II e III estão invertidas: circuito virtual
corresponde à definição III; rota virtual, à II.
2 - Redes MPLS
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever as redes MPLS e seus componentes.
MPLS
A realidade das redes na segunda metade da década de 1990 era a
utilização do ATM nos backbones, apesar do custo elevado e de sua
complexidade. Entretanto, havia o problema de interoperabilidade com o
TCP/IP, que era o padrão de fato no mundo de redes de computadores.
Surgiram então ideias de aplicar conceitos de
comutação do ATM aos pacotes IP, juntando, com isso,
o melhor das duas tecnologias.
Após várias propostas desenvolvidas por diversas empresas, o IETF
definiu o MPLS como uma tecnologia que provê suporte à comutação
por rótulos em redes IP, visando a melhorar o encaminhamento dos
fluxos de transmissão.
E II e III
O MPLS, portanto, fornece mecanismos para a engenharia de tráfego e
QoS (Quality of Service), melhorando a velocidade, a escalabilidade e o
gerenciamento da qualidade dos serviços.
Comutação por rótulos
No roteamento IP tradicional, o roteador compara o endereço de destino
do pacote com as entradas das tabelas de roteamento, procurando o
prefixo mais longo que combine com o destino.
Se encontrar, ele o encaminhará pela interface de saída associada ao
destino; se não encontrar e existir uma rota default, encaminhará pela
interface de saída a ela associada. Por fim, se essa rota não existir, o
pacote será descartado.
Na imagem adiante, podemos verificar uma topologia de três roteadores
com as respectivas tabelas de rotas. Se o roteador central receber um
pacote com o endereço de destino estando na rede 201.0.0.0, ele o
encaminhará para a saída na interface eth0, que corresponde à ligação
com o roteador do próximo salto, cujo IP é 202.0.0.5:
REDE
DESTINO
ROTEADOR
(GATEWAY)
HOPS
REDE
DESTINO
ROTE
(GATE
201.0.0.0
eth0(rota
direta)
0 202.0.0.0
eth0(
direta
202.0.0.0
eth1(rota
direta)
0 203.0.0.0
eth1(
direta
203.0.0.0 202.0.0.3 1 201.0.0.0 202.0
204.0.0.0 203.0.0.3 2 204.0.0.0 203.0
default 203.0.0.3 -- default 203.0
roteador da esquerda roteador central
REDE DESTINO
ROTEADOR
(GATEWAY)
HOPS
203.0.0.0 eth0(rota direta) 0
204.0.0.0 eth1(rota direta) 0
202.0.0.0 203.0.0.4 1
201.0.0.0 203.0.0.4 1
default 203.0.0.7** --
roteador direta
Exemplo de roteamento.
Tal esquema de roteamento, embora funcione corretamente, possui
como desvantagem o tempo de processamento, que pode ser longo,
dependendo da quantidade de entradas a serem verificadas na tabela de
roteamento. Se uma tabela possuir N entradas, por exemplo, em média
serão necessárias Log2N comparações para encontrar a interface de
saída.
Já na comutação por rótulos, cada pacote possui um rótulo que
determina por qual interface ele deve ser encaminhado. Como o rótulo é
um número pequeno, pode-se utilizá-lo para indexar as linhas de uma
tabela de comutação, o que agiliza a pesquisa na tabela e o respectivo
encaminhamento.
A imagem adiante conta com três comutadores (a) e a tabela de
comutação de S1 (b), a qual, ao receber um pacote com o rótulo 3,
acessa diretamente a linha 3 da tabela e encaminha o pacote pela
interface 1:
Comutação de rótulos.
A tabela a seguir compara o roteamento IP e a comutação por rótulos:
Roteamento IP
Comutação por
rótulos
Análise do
cabeçalho IP
Verificação dos
pacotes a cada
salto em todo
caminho na rede.
Verificação dos
pacotes apenas
uma vez no
ingresso do
caminho virtual.
Suporte para
dados
Unicast e
Multicast
Necessita de
roteamento
especial para
Multicast e
algoritmos de
encaminhamento.
Precisa somente
de um algoritmo
de
encaminhamento.
Decisão de
roteamento
Baseado no
endereço de
destino no
cabeçalho do
pacote IP.
Baseado em vários
parâmetros:
endereço de
destino no
cabeçalho IP, QoS,
tipo de dados etc.
Tabela: Comparação do roteamento IP x comutação por rótulos.
Elaborada por Sidney Ventury
Cabeçalho e encapsulamento MPLS
O MPLS utiliza a comutação por rótulos – mais especificamente,
comuta os pacotes utilizando uma rede de circuitos virtuais. Para isso,
ele encapsula o datagrama IP, acrescenta o seu cabeçalho e, em
seguida, é encapsulado no quadro de camada 2. Por isso, é considerado
um protocolo de camada 2,5.
Encapsulamento MPLS.
O cabeçalho MPLS possui 32 bits e é composto de 4 campos. Veja:
Cabeçalho MPLS.
Rótulo
Contém o valor do rótulo MPLS de 0 a (1.048.575). Alguns
valores possuem significados especiais:
0 – IPv4 Explicit NULL Label
Indica que o rótulo deve ser retirado e que, desse ponto em diante, o
roteamento será feito com base no endereço de rede.
1 – Router Alert Label
Indica que o datagrama tem de ser analisado pelo software local. O
encaminhamento seguinte será definido pelo próximo rótulo da pilha
MPLS.
2 – IPv6 Explicit NULL Label
Tem a mesma funcionalidade do valor 0, mas é aplicado ao protocolo
IPv6.
3 – Implicit NULL Label
220 − 1
Tem o valor utilizado pelos LSRs (Label Switch Routers) para a
distribuição de rótulos (LDP - Label Distribution Protocol).
4 a 15
Reservados para definições futuras.
16 a (220 -1)
Rótulos utilizáveis para roteamento.
Exp (Experimental bits)
Com três bits, o Exp é utilizado para configurar os algoritmos de
enfileiramento (queuing) e descarte, permitindo que se confira prioridade
a determinados pacotes. Ele é usado atualmente nas classes de
serviços.
S (Stack)
Um bit permite a criação de uma pilha hierárquica de rótulos. Todos os
cabeçalhos devem ter o valor 0, exceto o último, cujo valor tem de ser 1.
Atenção
O MPLS permite adicionar vários rótulos, um após o outro, para se tornar
mais eficiente em uma estrutura hierárquica. Em uma organização com
três localizações físicas diferentes, por exemplo,com vários prédios
cada uma, pode ser configurado um nível para determinar o caminho
entre as localizações físicas e outro para determinar o prédio dentro de
cada local. Tal solução é implementada empilhando rótulos MPLS: o
rótulo a ser processado é o de cima da pilha. Nesse caso, teríamos dois
rótulos: o superior, correspondendo ao caminho entre os locais; e o
segundo, ao processamento dentro de cada localização física. Na
navegação entre os locais, é processado o rótulo superior. Ao dar
entrada na rede de um local, esse rótulo é retirado, e o inferior, que
corresponde a como se determina o caminho para determinado prédio, é
utilizado.
TTL (Time to live)
Possui 8 bits e funciona de maneira semelhante ao TTL do protocolo IP,
determinando o limite de salto que o pacote pode realizar na rede. Ao
entrar em uma rede MPLS, o valor inicial do TTL no cabeçalho MPLS
precisa ser igual ao do TTL do cabeçalho IP e decrementado de 1 em
cada roteador. Na saída do caminho, o roteador tem de copiar o valor do
TTL do cabeçalho MPLS para o TTL do cabeçalho IP.
Arquitetura MPLS
O MPLS utiliza o endereçamento da camada 3 para determinar o
caminho e envia os pacotes por meio da 2. Portanto, opera como uma
tecnologia de camada 2,5, realizando a integração entre as duas
camadas. Ele precisa ser compatível com os protocolos e os padrões
das duas camadas, permitindo a separação entre o plano de controle e
o plano de dados da rede.
Plano de controle
Responsável pela definição das rotas dos pacotes na rede, como, o
serviço executado por um protocolo de roteamento.
Plano de dados
Realiza apenas o encaminhamento dos pacotes para seu destino
através das rotas definidas pelo plano de controle.
Atenção
Devido à sua capacidade de separação, a mudança da operação de
roteamento não o obriga a modificar os dispositivos de
encaminhamento, já que o controle não se envolve no processamento
individual dos pacotes. Em resumo, o que os Roteadores MPLS fazem é
utilizar o plano de controle para, por meio de um protocolo de
roteamento, descobrir e escolher os melhores caminhos até o destino.
Roteadores MPLS
Roteadores IP que dão suporte ao MPLS e implementam duas
funcionalidades: encaminhamento (utiliza informações dos rótulos dos
pacotes e das tabelas de encaminhamento dos roteadores para encaminhar
pacotes) e controle (distribui informações de roteamento entre os
roteadores, ou seja, LSR, que compõem um domínio MPLS).
Componentes da arquitetura
Descreveremos agora os principais termos e componentes da
arquitetura MPLS:
Domínio MPLS
Conjunto de roteadores com o MPLS habilitado.
Label switching routers (LSR)
Roteadores internos ao domínio MPLS que realizam o encaminhamento
dos pacotes, mantendo as tabelas de encaminhamento atualizadas, e
que, ao receberem um pacote, trocam seu rótulo por outro e o
encaminham para o próximo equipamento na rota.
Label edge routers (LER)
Tipo específico de LSR localizado na entrada ou na saída do domínio
MPLS. O LER possui funções de encaminhamento e de controle dos
LSRs, além de realizar as seguintes ações:

Na entrada da rede
Analisa o cabeçalho do
datagrama de entrada e
acrescenta o cabeçalho
MPLS com o rótulo
apropriado às
características do fluxo.

Na saída da rede
Retira o rótulo do
datagrama e o
encaminha para o
destino por meio da
rede IP tradicional.
Componentes MPLS.

Além desses componentes, o MPLS possui alguns protocolos e outros
conceitos importantes que veremos a seguir.
LSP (Label switched path)
Caminho que os pacotes rotulados devem seguir na rede MPLS, sendo
constituído por uma sequência de LSR, a partir do LER de entrada, até o
LER de saída. Os LSP são unidirecionais, ou seja, o caminho de retorno
pode ser diferente do de ida.
O LSP a ser utilizado é definido pelo LER de entrada com base na FEC
atribuída ao pacote. Como a determinação do LSP a ser utilizado ocorre
apenas na entrada do pacote pelo LER, os LSR interiores no domínio
MPLS somente farão a troca dos rótulos e o encaminhamento com base
em sua tabela.
LDP
Protocolo que realiza a distribuição de rótulos entre os LSR, permitindo a
criação das LSPs. Para permitir isso, ele prevê mecanismos para que os
LSR descubram seus vizinhos e estabeleçam os caminhos.
LFIB (Label forwarding information base)
Similar às tabelas de roteamento IP, LFIB são tabelas existentes nos LSR
que contêm os rótulos de entrada de saída e as respectivas interfaces,
sendo consultadas para determinar como se realiza o encaminhamento
dentro do domínio MPLS. Construídas com base nos protocolos de
roteamento, elas atuam no plano de controle.
LSP.
FEC (Forwarding equivalence classes)
Conjunto de parâmetros utilizado para determinar a LSP para um pacote,
sendo que todos os pacotes de uma mesma FEC seguem o mesmo
caminho. A associação de um pacote a uma FEC ocorre no LER de
entrada, que, a partir de parâmetros (como o IP de origem e destino, as
portas de origem e destino, o protocolo do payload ou os requisitos de
QOS), acrescenta ao pacote o rótulo correspondente à FEC,
determinando o LSP a ser seguido.
FEC.
Funcionamento do MPLS
O funcionamento básico do MPLS é realizado em quatro etapas:
 Etapa 1 - Construção das LFIB
Os protocolos de roteamento, como OSPF ou IS-IS,
são responsáveis por construir as tabelas de
roteamento em redes IP. Nas redes MPLS, o LDP faz
o mapeamento entre os rótulos e os endereços de
destino, gerando as tabelas de encaminhamento
por rótulos.
 Etapa 2 - Ingresso dos pacotes na rede
O LER de entrada recebe o pacote da rede externa e
executa o seguinte algoritmo:
• Extrai o endereço IP do destino.
• Procura uma entrada na tabela de
encaminhamento correspondente ao endereço IP
do destino.
Adi i b lh MPLS ti
Vamos ver o passo a passo disso?
Ingresso dos pacotes na rede.
• Adiciona o cabeçalho MPLS, com o respectivo
rótulo, no pacote IP.
• Envia o pacote pela interface de saída.
 Etapa 3 - Encaminhamento dentro do
domínio
Os LSR, ao longo do LSP, executam o seguinte
algoritmo:
• Extrai o rótulo do pacote.
• Procura uma entrada na LFIB com o rótulo de
entrada igual ao do pacote.
• Faz a troca do rótulo do pacote pelo de saída.
• Envia o pacote para interface de saída do roteador.
 Etapa 4 - Saída do domínio
O LER de saída retira o cabeçalho MPLS e
encaminha o pacote na rede IP.
Inicialmente, chega ao LER de entrada (LER1) um pacote
mapeado para a FEC2. Associando ao LSP2, adiciona o rótulo
R2 e o encaminha para o próximo LSR no caminho: o LSR1.
Encaminhamento dos pacotes na rede - recebimento do pacote.
O LSR1 recebe o pacote com o rótulo R2. Em seguida, procura
na LFIB a entrada correspondente a R2 e verifica que o rótulo
de saída é R8, encaminhando pela interface S2.
Encaminhamento dos pacotes na rede - mudança de rótulo e encaminhamento.
O LSR2 recebe o pacote com o rótulo R8. A seguir, procura na
LFIB a entrada correspondente e verifica que deve encaminhar
pela interface S1 com o rótulo R15.
Encaminhamento dos pacotes na rede - envio do pacote à rede IP.
O LER2, que é o roteador de saída, retira o rótulo e encaminha o
pacote para a rede IP associada à sua interface S2.
Funcionamento completo do MPLS.
A imagem acima sintetiza o processamento de um pacote no
domínio MPLS. Note que, dentro do domínio, todo
encaminhamento é feito com base no rótulo e que, nas redes
externas, é utilizado o roteamento IP.
A imagem a seguir sintetiza o processamento de um pacote no domínio
MPLS. Note que, dentro do domínio, todo encaminhamento é feito com
base no rótulo e que, nas redes externas, é utilizado o roteamento IP.
Funcionamento completo do MPLS.
<>
Funcionamento do MPLS
Acompanhe agora como funciona o encaminhamento dos pacotes em
uma rede MPLS. Vamos lá!

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O MPLS acrescenta os rótulos aos datagramas IP e os encaminha
pela rede. Sobre o funcionamento dele, podemos afirmar que:
Quandoum pacote IP chega a um domínio MPLS, o ___I___ lhe
acrescenta um rótulo, que corresponde à sua ___II___ e que
determina o ___III___ no domínio.
A opção que completa os itens I, II e III respectivamente é:
Parabéns! A alternativa A está correta.
O equipamento de entrada do domínio, o LER, analisa o cabeçalho
IP e, de acordo com as características de seu tráfego, o associa a
uma FEC, atribuindo-lhe um rótulo. Os switches no caminho leem o
rótulo e encaminham o pacote, seguindo o LSP correspondente à
FEC.
Questão 2
O cabeçalho MPLS possui 32 bits e 4 campos, que são:
• C1 – Rótulo.
A LER FEC LSP
B LSR LDP FEC
C LER LSR LDP
D LSP LER LSR
E LDP FEC LER
• C2 – EXP.
• C3 – S.
• C4 – TTL.
Cada um desses campos possui uma finalidade diferente.
Considere agora as seguintes afirmativas:
• A1 - é utilizado atualmente pelas classes de serviço.
• A2 - determina o limite de salto.
• A3 - define se existe uma pilha hierárquica de rótulos.
• A4 - alguns de seus valores possuem significado especial.
A opção que mostra a associação correta entre as afirmativas e os
campos é:
Parabéns! A alternativa E está correta.
O campo rótulo admite alguns valores com significado especial,
como 0 – IPv4 Explicit NULL Label ou Router Alert Label. O campo
EXP é utilizado para estabelecer políticas de prioridade para as
classes de serviço. O S (stack) permite identificar a existência de
outros rótulos no pacote que está sendo transmitido. Já o TTL
determina o número máximo de saltos que um pacote pode fazer.
A C1-A2; C2-A4; C3-A3; C4-A1.
B C1-A3; C2-A1; C3-A4; C4-A2.
C C1-A1; C2-A3; C3-A4; C4-A2.
D C1-A4; C2-A3; C3-A2; C4-A1.
E C1-A4; C2-A1; C3-A3; C4-A2 .
3 - Metro Ethernet
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever as redes Metro Ethernet e seus
componentes.
Padrão Ethernet
A Ethernet foi criada em 1976 e evoluiu ao longo dos anos, abrangendo
diversas gerações. Cada evolução dela, afinal, correspondeu a um
incremento no desempenho da rede. Posteriormente, o Ethernet foi
normatizado pelo padrão IEEE 802.3.
Gerações Ethernet.
A imagem a seguir apresenta os campos do quadro Ethernet:
Quadro IEEE 802.3.
Veja a descrição de cada um dos campos:
Preâmbulo: Contém 7 bytes (56 bits) e é utilizado para sincronizar o
clock entre a origem e o destino, sendo um item meramente físico.
Formalmente, ele não faz parte do quadro.
SFD (Start Frame Delimiter): Campo com 1 byte (10101011) que marca
o início de um frame. Os dois últimos bits são 11 e avisam o receptor de
que o próximo campo será o endereço de destino.
Endereço de destino: Tem o endereço MAC do destino.
Endereço de origem: Possui o endereço MAC da origem.
Comprimento ou tipo: Campo de tipo ou de comprimento. A Ethernet
original usava este campo para definir o protocolo da camada superior;
já no padrão IEEE, ele indica a quantidade de bytes no campo dos
dados.
Dados: Transportam dados encapsulados da camada de rede. Têm um
mínimo de 46 bytes e um máximo de 1.500 bytes.
CRC: Utilizado para a detecção de erros.
O IEEE802.3 tornou-se o padrão para as redes locais
devido principalmente aos seguintes fatores:
• Simplicidade.
• Facilidade de operação.
• Alto grau de integração.
• Padronização.
Com o aumento da necessidade de interconexão das redes locais de
empresas geograficamente distribuídas, além de considerar que o
padrão IEEE 802.3 já estava bem consolidado, houve a decisão de se
portar o padrão para que ele fosse utilizado em redes metropolitanas,
criando, assim, a Metro Ethernet.
Redes Metro Ethernet
Metro Ethernet (MEN - Metropolitan Ethernet Network) é uma rede de
interconexão de LANs geograficamente separadas que fornece acesso a
WAN ou backbone operado pelo provedor de serviços, sendo o padrão
definido pelo Metro Ethernet Forum (MEF).
Os componentes de uma rede Metro Ethernet são:

Equipamento do cliente (CE)
Um switch que opera de acordo com algum dos padrões da Ethernet
(Fast, Giga etc.).

Equipamento do Provedor (PE)
Podendo ser de borda ou de núcleo, o PE normalmente é um switch de
grande capacidade.

Metro Ethernet Network (MEN)
Rede Metro propriamente dita, cujo serviço é oferecido por um provedor.

User Network Interface (UNI)
Interliga a rede de um cliente à de um provedor de serviços.
Rede Metro Ethernet.
Conexão Ethernet virtual (EVC -
Ethernet virtual connection)
Uma EVC corresponde a uma ligação entre duas ou mais UNI com o
objetivo de realizar o transporte do fluxo de dados fim a fim.
Conexão virtual Ethernet.
Os EVC podem ser de dois tipos básicos:
Ponto a ponto
Conexão virtual ponto a ponto entre dois clientes da MEN.
EVC ponto a ponto.
Multiponto Multiponto
Conexão virtual (EVC) multiponto entre diversos clientes da MEN.
EVC multiponto multiponto.
Per�s de largura de banda Metro
Ethernet
Largura de banda por UNI
Todos os quadros que ingressam na UNI recebem o mesmo perfil de
tráfego independentemente de sua natureza ou do EVC de entrada. O
policiamento de tráfego não faz distinção entre os quadros entrantes de
cada um dos EVCs.
Não existe, portanto, controle sobre o quanto da rede é utilizado por
alguém. Além disso, qualquer um dos três EVCs da imagem a seguir
terão o mesmo perfil de tráfego. Note que esse perfil está associado ao
UNI, e não aos EVCs:
Largura de banda por UNI.
Largura de banda por EVC
Cada EVC possui o próprio perfil de tráfego, o qual, por sua vez, é
aplicado a todos os seus quadros de entrada.
Considere que um UNI possua três EVC. Cada um deles, nesse método,
poderia possuir um perfil diferente, como:
1. EVC1 - CIR = 15Mbps.
2. EVC2 - CIR = 10Mbps.
3. EVC3 - CIR = 20Mbps.
Observe que o perfil de largura de banda de entrada por atributo de
serviço EVC está associado a cada EVC.
Largura de banda por UNI.
Largura de banda por classe de serviços (CoS)
Trata-se daqueles perfis que correspondem às necessidades de
parâmetros de tráfego, como:
CIR (Commited information ratio)
Velocidade mínima de transmissão de dados garantida pelo provedor do
serviço, sendo especificada em bits/s.
CBS (Commited burst size)
Número máximo de bytes que podem ser transmitidos para a rede em
uma única rajada (burst).
EIR (Extended information ratio)
Corresponde à taxa máxima que um usuário pode exceder seu CIR com
a perspectiva de que o tráfego extra não seja descartado pelo
policiamento de tráfego.
Nesse modelo, um único perfil será aplicado a todos os quadros do EVC
que possuam o mesmo identificador de classe de serviço.
Veja a imagem a seguir. Podemos notar que, no , há três
identificadores de COS, cada um associado a um perfil distinto:
EV C1
Perfil de largura de banda de entrada por CoS ID.
Serviços Metro Ethernet
Principais fatores e características
Os três principais fatores que motivam os provedores de serviços e os
clientes a optarem por serviços Ethernet são:
Os serviços Ethernet utilizam uma interface padronizada e
extremamente conhecida e entendida, o que simplifica a
operação, o gerenciamento e a interconexão na rede.
Como os equipamentos utilizados são produzidos em alta
escala, eles possuem um preço reduzido em relação a outras
tecnologias, e o cliente não precisa comprar equipamentos
novos para poder fazer a conexão a MEN.
Os serviços Ethernet gerenciados permitem que o cliente
modifique a sua largura de banda com muita rapidez, além de
minimizar as visitas de suporte técnico em comparação com
Facilidade de uso 
Baixo custo 
Flexibilidade 
outras soluções de MAN. Além disso, a oferta de múltiplos
serviços em uma única interface permite que pequenos clientes
passem a usufruir de maior flexibilidade de interconexão de suas
redes com clientes e fornecedores.
No modelo básico de fornecimento dos serviços de Ethernet ilustrado
na imagem a seguir, basta ao cliente, via UNI, usar uma interface
Ethernet padrão e se interconectar à rede Metro do provedor:
Modelo básico de fornecimento dos serviços.
Durante a prestação do serviço, duas premissas são seguidas:
• Um quadroEthernet não deve nunca retornar à interface que o
originou.
• O quadro não pode ser alterado no caminho entre sua origem e seu
destino.
Tipos de serviços Metro Ethernet
As redes Metro Ethernet podem oferecer os seguintes serviços:
Ethernet line (E-LINE)
Conexão Ethernet ponto a ponto virtual entre duas UNI.
Ethernet Line (E-LINE).
Ethernet LAN (E-LAN)
Conexão Ethernet virtual multiponto entre múltiplas UNIs. É a
alternativa mais flexível, pois permite criar virtualmente qualquer
arranjo de conectividade entre as UNIs.
Ethernet LAN (E-LAN).
Ethernet tree (E-TREE)
Conexão Ethernet multiponto baseada em nó raiz (root). Cada
UNI raiz (root-UNI) troca dados com uma UNI folha (leaf-UNI) por
meio de um ponto raiz. O root age como um ponto de troca que
concentra e redistribui o tráfego destinado às leafs-UNI.
Entretanto, um quadro enviado por uma UNI folha destinado à
outra folha não será entregue.
Ethernet Tree (E-TREE).
O E-TREE é útil para serviços de acesso à internet, aplicações IPTV e
vídeo sob demanda (on demand).
Atenção
Configurações com dois ou mais “roots” também são aceitas no E-TREE,
havendo a criação de cenários com recursos de redundância.
Cabe observar que, para o provedor da MEN, os serviços podem ser
oferecidos com base em diversas tecnologias e protocolos, como
SONET, WDM, MPLS, Frame Relay etc. Porém, na perspectiva do
assinante, a conexão é feita com uma interface Ethernet comum.
Serviços padronizados
Os tipos de serviço apresentados são modelos genéricos utilizados para
criar os serviços em si. Para isso, um conjunto de atributos
parametrizados é associado a cada um deles. Tais atributos
especificam o serviço ofertado para atender à determinada situação.
Formação dos serviços Ethernet.
Com base no tipo E-LINE, duas modalidades de serviço são definidas:
Ethernet private line service (EPL).
Ethernet private line service (EPL)
Usa um EVC ponto a ponto entre dois UNI, fornecendo
transparência para os quadros e não permitindo qualquer tipo
de multiplexação.
Ethernet virtual private line service (EVPL).
Ethernet virtual private line service (EVPL)
Pode ser utilizada para criar serviços do tipo EPL, mas tem
algumas diferenças. A EVPL permite:
• Multiplexar serviços na UNI, possibilitando que mais de um
EVC exista na UNI, o que o EPL não permite.
• O envio de quadros por EVC diferentes. Note que, na imagem
a seguir, há 3 EVC (blue, yellow e green) na mesma UNI.
Já os serviços baseados no tipo E-LAN estão definidos como:
Visa permitir a interconexão de várias LAN em alta velocidade,
parecendo que todas estão em uma mesma rede local. O serviço
EP-LAN preserva a tag CE-VLAN e realiza o tunelamento de
protocolos de controle de camada 2, possibilitando que os
administradores das redes locais possam configurar suas VLANs
nos sites sem a necessidade de coordenar com o provedor de
MEN.
Ethernet private LAN service (EP-LAN).
Alguns clientes desejam, além de conectar suas redes locais em
uma rede metropolitana, acessar outros serviços, como a
internet ou os serviços de nuvem. Para atender a essa demanda,
o EVP-LAN possibilita a definição de EVCs multiponto (MP2MP)
multiplexados sob uma mesma UNI, permitindo a definição de
arranjos complexos contendo múltiplas LANs virtuais. Na
imagem a seguir, o EVC ponto a ponto marcado em azul na UNI
inferior esquerda é multiplexado com o vermelho:
Ethernet virtual private LAN service (EVP-LAN).
Ethernet private LAN service (EP-LAN) 
Ethernet virtual private LAN service (EVP-LAN) 
Para o tipo E-TREE, os seguintes serviços estão padronizados:
O tráfego originário das UNIs clientes é agrupado em
determinado ponto da rede (root) e distribuído aos demais
(leafes). Trata-se de um EVC por UNI. Tal serviço preserva a tag
CE-VLAN e realiza o tunelamento de protocolos de controle da
camada 2.
EP-TREE.
Em tal serviço, múltiplos rooted-multipoint-EVCs (RMP-EVCs),
multiplexados em cada uma das UNIs, são agrupados em um ou
mais nós root. Nessa modalidade, podem coexistir outras
modalidades de serviço, como EVP-LAN ou EVPL. A imagem
ilustra esse serviço. Nele, um cliente tem um serviço EVP-LAN
(EVC vermelho) fornecendo conectividade de dados entre três
UNIs, enquanto usa o serviço EVP-Tree (EVC verde) para fornecer
a transmissão de vídeo:
EVP-TREE.
Nessas modalidades, diversos atributos de serviço podem ser definidos,
por exemplo:
• Capacidade (velocidade) da conexão física (UNI).
• Committed information rate (CIR).
• Committed burst size (CBS).
Ethernet private tree service (EP-TREE) 
Ethernet virtual private tree service (EVP-TREE) 
• Excess information rate (EIR).
• Requisitos de QoS diferenciados por EVC.
Por fim, o quadro a seguir exibe a consolidação dos serviços
padronizados pelo MEF:
Tipo de serviço
Baseada em
porta (um EVC
lógico por
enlace)
Baseada em VLAN
(múltiplos EVC por
enlace,
identificados pela
VLAN ID)
E-line (point to
point EVC)
Ethernet
private line
(EPL)
Ethernet virtual
private line (EVPL)
E-LAN
(multpoint to
multpoint EVC)
Ethernet
private LAN
(EP-LAN)
Ethernet virtual
private LAN (EVP-
LAN)
E-Tree (rooted
multpoint EVC)
Ethernet
private tree
(EP-Tree)
Ethernet virtual
private tree (EVP-
Tree)
Tabela: Elaborada por Sidney Ventury
Arquitetura de planos Metro Ethernet
A Metro Ethernet é composta de três planos operacionais:
Plano de dados
•Define os meios de transporte da informação.
•Usa frames IEEE 802.3 com TAGs 802.1Q.
Plano de controle
Define os meios para o assinante e o provedor da MEN poderem usar o
plano de dados.
Plano de gerenciamento
•Controla a operação dos planos de dados e de controle.
•Realiza o gerenciamento de QoS.
Tais planos estão divididos em três camadas:
Serviços de aplicação
(Application services layer) - oferece suporte a aplicações
baseadas nos serviços Ethernet por meio da MEN.
Serviços Ethernet
(Ethernet services layer) - responsável pelos serviços da camada
MAC e pela entrega dos quadros nas interfaces e nos pontos
associados. O quadro pode ser Unicast, Multicast ou Broadcast
segundo o padrão IEEE 802.3 com TAG 802.1Q.
Serviços de transporte
(Transport services layer) - oferece suporte para a conectividade
entre os elementos da camada de serviços Ethernet de forma
independente dos serviços. Vários tipos de redes podem ser
utilizados para suportar os requisitos de transporte para a
camada de serviços Ethernet, por exemplo, SONET, SDH e MPLS.
Arquitetura de planos.
Benefícios da rede Metro Ethernet
O uso da Metro Ethernet gera dois grandes benefícios para os seus
usuários:
• Seu uso nas redes metropolitanas diminui o gargalo
de largura de banda normalmente gerado por outras
tecnologias de MAN.
• Permite que os provedores executem multisserviços,
por exemplo, elevadas taxas de transmissão, com a
priorização seletiva de tráfego e a banda sob demanda
e segurança, o que auxilia na viabilização de
aplicações (desde a transmissão de dados em alto
volume até as aplicações multimídia com conteúdo de
vídeo e voz, os quais são sensíveis a atrasos).
As redes Metro Ethernet
Está na hora de falarmos sobre a operação da rede Metro Ethernet.
Vamos lá!

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O Metro Ethernet Forum padronizou uma série de serviços a serem
disponibilizados pelos provedores. Esses serviços são:
S1 - EVP-TREE
S2 - EVP-LAN
S3 - EVPL
S4 - EP-LAN
S5 - EPL
S6 - EP-Tree
Desses serviços, podemos afirmar que os baseados em porta são
os seguintes:
Parabéns! A alternativa B está correta.
Os serviços Metro Ethernet são divididos em duas grandes classes:
aqueles baseados em porta e em Vlan. Todos os serviços baseados
em porta não possuem “virtual” em seu nome. Portanto, a resposta
precisa incluir aqueles que não possuem a letra V em sua sigla – no
caso, EPL, EP-LAN e EP-TREE .
Questão 2
A redes Metro Ethernet permitem a definição de três tipos de perfis
de largura de banda por:
• UNI
• EVC• COS
Considere a seguinte situação: todos os pacotes que chegam a
uma UNI via EVC recebem um perfil correspondente a suas
necessidades de tráfego, como CIR e EIR. Podemos, então, afirmar
que:
O perfil de tráfego é por EVC...
A EPL EVPL e EP-TREE.
B EPL, EP-LAN e EP-TREE.
C EVP-TREE, EP-TREE E EPL.
D EVP-LAN, EP-LAN E EVPL.
E EVP-LAN, EVP-TREE e EVPL.
Porque
São atendidas as necessidades de largura de banda específicas de
cada pacote daquele EVC.
Quanto às assertivas, observamos que
Parabéns! A alternativa E está correta.
A primeira afirmativa é falsa, porque o tipo de perfil que leva em
conta as características do pacote é o COS. A segunda também é,
pois, no perfil por EVC, todos os pacotes que chegam por meio dele
recebem o mesmo perfil de tráfego.
4 - Redes óticas
A
as duas afirmações estão corretas, e a segunda
justifica a primeira.
B
as duas afirmações estão corretas, e a segunda não
justifica a primeira.
C a primeira afirmação é correta; a segunda, falsa.
D a primeira afirmação é falsa; a segunda, correta.
E as duas afirmações são falsas.
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever as redes óticas e seus componentes.
Sistemas de transmissão óticos
Todo sistema de transmissão é composto, do ponto de vista do
hardware, de três componentes básicos:
• Emissor - o dispositivo que envia o sinal.
• Meio físico de transmissão - o caminho físico pelo qual o sinal trafega
do emissor para o receptor.
• Receptor - o dispositivo que recebe o sinal.
Sistema de transmissão.
Nos sistemas de transmissão por fibras óticas, o sinal elétrico gerado
pelo emissor, que corresponde à mensagem, utiliza um conversor eletro-
ótico para transformar esse sinal em um sinal de luz, que é transmitido
pela fibra até o receptor, o qual, por sua vez, o converte em um sinal
elétrico, empregando, dessa vez, um conversor ótico-elétrico, como
mostra a imagem a seguir:
Sistemas de transmissão óticos.
Princípios de transmissão ótica
Conceito
O sistema ótico utiliza a luz como condutor da informação. A luz pode
ser definida como uma forma de radiação eletromagnética visível ao
olho humano que se propaga no vácuo com velocidade de
aproximadamente 300.000km/s.
As ondas de luz visíveis ao olho humano, o chamado espectro visível,
possuem comprimento de ondas entre 400nm (violeta) e 700nm
(vermelha). As ondas com comprimento menor que 400nm são
chamadas de ultravioletas; as com comprimento maior que 700nm,
infravermelhas.
Espectro da luz.
Refração
A refração da luz consiste na mudança de velocidade de propagação da
onda eletromagnética quando ela atravessa meios óticos diferentes,
como o ar e a água. Cada tipo de meio ótico possui um índice de
refração absoluto determinado por esta fórmula:
Em que:
• n: Índice de refração.
• c: Velocidade da luz no vácuo (c ≈ 3,0.108m/s).
• v: Velocidade da luz no meio (m/s).
Para que ocorra uma refração, o índice relativo entre os meios deverá
ser diferente de 1. Consideremos, por exemplo, o índice do ar 1,00029 e
o da água, 1,33.
n =
c
v
Se o feixe do primeiro fosse para o segundo, veríamos que o índice
relativo seria obtido pela fórmula: n1,2 = 1,00029/1,33, sendo diferente
de 1. Portanto, ocorreria uma refração, enquanto o feixe de luz sofreria
um deslocamento lateral como o exibido na imagem ao lado.
Refração.
O quanto ocorre de deslocamento lateral é função da relação entre o
ângulo de incidência do raio de luz denominado I e o ângulo crítico do
meio (veja a imagem a seguir).
Ângulo de incidência
Ângulo que o raio faz com a reta perpendicular à interface entre os
dois meios.
A partir da relação de I com o ângulo crítico, temos:
• I menor: O raio de luz refrata e se desloca mais próximo da superfície.
• I igual: A luz faz um desvio ao longo da interface.
• I maior: O raio de luz reflete e trafega novamente no meio mais denso,
caracterizando a reflexão total.
Desvio da luz.
Esses princípios são a base para a transmissão nas fibras óticas.
Fibras óticas
As fibras óticas são utilizadas como meio de propagação da luz.
Fisicamente construídas com fibras de vidro ou plástico, elas
constituem filamentos muito finos (10-6m) e flexíveis.
Tais fibras são formadas por um núcleo transparente de alto índice de
refração revestido por camadas plásticas transparentes (casca), cujos
índices de refração são mais baixos, ocorrendo a reflexão interna total
do feixe de luz. Dessa forma, a luz viaja pela fibra, refletindo-se
sucessivamente na superfície de separação entre o núcleo e a casca.
Re�exão interna total
Significa que a fibra é construída de forma que o ângulo de
incidência do feixe de luz seja maior que o ângulo crítico de refração
do meio, fazendo com que todo o feixe seja refletido mantendo-se
dentro da fibra.
Atenuação em �bras óticas
Quando um sinal é colocado em um meio de transmissão, ele tem
determinada potência na saída do transmissor devido a características
do meio físico que levam a onda a sofrer atenuação em maior ou menor
escala.
O valor da atenuação determina a separação entre os repetidores que
regeneram os sinais transmitidos. Em fibras óticas, a atenuação varia
com o comprimento de onda e é expressa em decibel por quilômetro. As
principais fontes de atenuação são:
A luz é absorvida quando passa por meio da fibra ótica.
Ocorre devido às variações na densidade do material e do índice
de refração do núcleo que causam obstruções à passagem da
luz, o que acarreta perda de energia para o feixe de luz.
Comprimentos de onda longos têm menos espalhamento.
Os enlaces longos de fibras óticas são vários segmentos
conectados por emendas, além dos conectores nas terminações
das fibras. Emendas e conexões refletem o sinal na direção
oposta da fibra, reduzindo a potência da luz à frente.
Modos de propagação em �bras
óticas
O modo de propagação em fibras óticas indica um estado estável de
propagação da luz.
De modo geral, existem dois tipos básicos:
Monomodo
Admite apenas um modo de propagação.
Multimodo
Absorção 
Espalhamento 
Reflexão 
Tem mais de um estado.
O tipo de cada uma delas depende de sua geometria, dos índices de
refração do núcleo e da casca e do comprimento da onda de operação.
Multimodo
Foi o primeiro a ser desenvolvido. Os múltiplos fluxos de uma fonte de
luz deslocam-se ao longo do núcleo usando caminhos diferentes. A
movimentação do feixe de luz no núcleo vai variar de acordo com o tipo
de índice utilizado.
Esses índices podem ser:
Multimodo índice degrau
A densidade do núcleo é constante do centro para as bordas. Portanto,
o feixe de luz se desloca em linha reta até atingir a interface entre o
núcleo e a casca, quando a mudança abrupta de densidade altera o
ângulo de movimentação do feixe, gerando a reflexão interna total.
Saiba mais
O termo “degrau” se refere à mudança abrupta de densidade, o que
acaba contribuindo para a distorção do sinal à medida que ele trafega
pela fibra. O núcleo de uma fibra multimodo índice degrau pode variar de
50 a 400µm.
Essas fibras são limitadas quanto à capacidade de transmissão, além de
possuírem atenuação elevada (maior que 5db/km) e pequena largura de
banda (menor que 30MHz/km). Elas são empregadas na transmissão de
dados em curtas distâncias e na iluminação.
Fibra multimodo índice degrau.
Multimodo índice gradual
A densidade do núcleo diminui gradualmente do centro para borda. Isso
afeta o índice de refração e faz com que a reflexão seja menos abrupta
ao atingir a casca, contribuindo, dessa forma, para diminuir a distorção
do sinal.
Esse tipo de fibra normalmente é fabricado com sílica pura para a casca
e sílica dopada para o núcleo. Suas dimensões típicas variam entre 125
e 50µm, respectivamente. Com baixa atenuação (3db/km em 850nm) e
capacidade de transmissão elevada, ele é normalmente empregado em
telecomunicações.
Fibra multimodo índice gradual.
Monomodo
Fibras que usam tal modo permitem apenas um feixe de propagação e
utilizam uma fonte de luz extremamente focalizada,que limita os fluxos
a um pequeno intervalo de ângulos, todos próximos da horizontal.
O diâmetro do núcleo é muito menor que a da fibra
multimodo e tem uma densidade bem inferior, o que
faz com que o ângulo crítico seja próximo de 90 graus.
Resultado: a propagação do feixe se dá praticamente
na horizontal, contribuindo para a diminuição da
distorção do sinal.
As dimensões típicas desse tipo de fibra variam entre 2 e 10µm para o
núcleo e 80 e 125µm para a casca. Os materiais utilizados para sua
fabricação são a sílica e a sílica dopada.
Empregadas basicamente em telecomunicações, essas fibras possuem
baixa atenuação (0,7db/km em 1.300nm e 0,2db/km em 1.550nm) e
grande largura de banda (10 a 100GHz/km).
Fibra monomodo.
Dispersão em �bras óticas
A dispersão se refere ao alargamento dos pulsos que se propagam
pelas fibras e pode ser de três tipos:
Dispersão modal
Ocorre em fibras multimodo, sendo causada pela
diferença dos tempos de propagação dos diferentes
modos.
Dispersão cromática
Acontece graças ao índice de refração da sílica utilizada
no núcleo ser função da frequência do raio de luz, o que
faz com que frequências diferentes atravessem a fibra
em diferentes velocidades, gerando, portanto, atrasos
distintos, o que acarreta o espalhamento do pulso de
saída.
Dispersão no modo de polarização (PMD - Polarization
mode dispersion)
Ocorre por conta do núcleo de uma fibra monomodo não
ser perfeitamente redondo, o que causa dispersão nos
pulsos luminosos.
Composição dos cabos
A imagem ao lado mostra a composição de um cabo de fibra ótica
típico. O invólucro externo é fabricado em PVC ou teflon. Dentro do
invólucro, há fibras de kevlar para reforçar a estrutura do cabo.
Abaixo do kevlar, existe outro revestimento plástico para proteger a fibra.
A fibra ótica se encontra no centro do cabo, sendo formada pela casca e
pelo núcleo.
Cabo de fibra ótica.
Conectores para cabos de �bra ótica
Nas extremidades das fibras, conectores devem ser colocados para
permitir que elas sejam ligadas aos equipamentos.
Os conectores mais utilizados são:
Conector SC.
SC (Standard connector)
Bastante usado por ser de fácil manuseio e ter um ótimo
desempenho, o SC gera pouca perda de sinal e utiliza um
sistema simples de encaixe.
Conector ST.
ST - Straight tip
O ST possui um estilo baioneta, com um ferrolho para segurar a
fibra, que pode ser cerâmico, de metal ou plástico, e uma
ponteira de 2,5mm montada no interior da caixa.
Conector SC.
FC - Furrele connector
Com ponteira de 2,5mm, o FC utiliza uma conexão com rosca
em um corpo redondo. Sua grande vantagem é possuir uma
desconexão não ótica; assim, após o conector ter sido
instalado, qualquer empurrão ou puxão na capa do cabo
causará desconexão.
Conector LC.
LC - Lucent Connector
O LC é um conector miniaturizado com ponteira de 1,2mm,
sendo bastante utilizado em fibras monomodo. Facilmente
convertido de um simplex para um duplex com o uso de um
clipe, ele é um conector de baixa perda e rápida instalação,
além de possuir desconexão não ótica como a do FC.
Fontes de luz
As fontes de luz para sistemas óticos podem ser de dois tipos:

LEDs
Foram as primeiras fontes utilizadas em comunicações óticas em fibras
multimodo. Baratos e duráveis, os LEDs possuem alta eficiência
energética.

Lasers
Desenvolvidos para a aplicação em fibras monomodo, os lasers contam
com características luminosas que permitem que sua luz seja uma
ótima portadora de informações, sendo comparável com as fontes
convencionais de radiofrequência utilizadas em telecomunicações.
Características luminosas
O laser é:
• Colimado: Gera uma propagação em feixe estreito.
• Coerente: Apresenta relações de fase bem definidas.
• Monocromático: O facho é composto por uma única frequência.
Redes óticas
Uma rede ótica é composta por:
Rede física — é o meio de transmissão que interliga os
equipamentos óticos, sendo composto pelos cabos de
fibra ótica.
Equipamentos — são os multiplexadores, os
amplificadores e os demais equipamentos de conexão.
Multiplexação de sinais utilizando WDM - Wavelength-
division multiplex.
WDM
A multiplexação por divisão de comprimento de onda
(WDM) é um tipo de multiplexação que permite que,
em uma mesma fibra ótica, sejam utilizados sinais
óticos com diferentes comprimentos de onda.
Sistema de gerência.
Vejamos agora os principais usos de uma rede ótica:
Redes de longa distância
As redes óticas de longa distância (Long haul) são usadas para interligar
cidades, grupos de cidades (regiões) ou estados ao longo de um mesmo
país, servindo ainda para interligar países por terra ou mar.
Essas redes admitem as seguintes topologias:
Utiliza enlaces óticos simples de grande distância divididos em trechos
para a regeneração do sinal. Cada enlace é composto por terminais nas
duas pontas, amplificadores óticos e OADMs nas estações
intermediárias.
OADMs
O multiplexador OADMs é um dispositivo usado em sistemas de
multiplexação por divisão de comprimento de onda para multiplexar
e direcionar diferentes canais de luz para dentro ou para fora de uma
fibra monomodo.
Anel
Ele é composto por vários enlaces ponto a ponto com ou sem a
utilização de OADMs. Anéis são formados pela camada de aplicação
normalmente com o uso de equipamentos SDH - Synchronous digital
hierarchy.
SDH
SDH é um esquema de multiplexação TDM de banda larga muito
utilizado para acessos à internet em alta velocidade.
• Meio físico para redes de transporte baseadas nas
tecnologias PDH e SDH.
• Meio físico para redes multisserviço baseadas nas
tecnologias ATM, Frame Relay e IP.
• Meio físico para interligação de centrais telefônicas
para serviços de voz de longa distância.
• Meio físico para interligação de equipamentos "cross-
connect" para redes de transporte com alto grau de
proteção automática.
PDH
PDH é um tipo de hierarquia digital em que ocorre a multiplexação por
tempo. Os canais da hierarquia PDH são agrupados, formando os níveis
hierárquicos.
Redes metropolitanas
As redes óticas Metro são utilizadas para interligar os pontos de
presença (PoPs) concentradores das operadoras de serviços de
telecomunicações em determinada região metropolitana.
Essas redes podem ter as seguintes topologias:
Ponto a ponto
É composta por enlaces simples de curta distância, geralmente sem a
necessidade de amplificadores entre equipamentos terminais.
Anel
Pode ser feita utilizando equipamentos SDH, sendo os anéis criados na
camada de aplicação ou via WDM.
As redes metropolitanas são usadas nos seguintes tipos de aplicações:
Meio físico para redes de transporte Metro baseadas
nas tecnologias PDH e SDH.
Meio físico para redes multisserviço Metro baseadas
nas tecnologias ATM, Frame Relay e IP.
Meio físico para interligação de CPDs em conexões
dedicadas ou compartilhadas.
Redes óticas
Acompanhe agora o conceito das redes óticas, suas aplicações e seus
equipamentos utilizados. Vamos lá!

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Fibras óticas são o meio físico de transmissão utilizado em redes
óticas. Elas transportam o feixe de luz utilizando propriedades de
refração e reflexão. Sobre essas propriedades para o transporte do
feixe de luz na fibra, podemos afirmar que:
É fundamental que o ângulo de incidência do feixe na casca seja
maior que o ângulo crítico...
Porque
Dessa forma, ocorrerá a reflexão interna total.
Quanto às assertivas, observamos que
A
as duas afirmações estão corretas, e a segunda
justifica a primeira.
B
as duas afirmações estão corretas, e a segunda não
justifica a primeira.
C a primeira afirmação é correta; e a segunda, falsa.
D a primeira afirmação é falsa; a segunda, correta.
E as duas afirmações são falsas.
Parabéns! A alternativa A está correta.
Em uma fibra ótica, o feixe de luz percorre o núcleo e, ao atingir a
casca, deve ser refletido de volta para o núcleo – e não refratado.
Como a casca possui um índice de refração diferentedo núcleo,
para que ocorra reflexão, será necessário que o feixe a atinja em um
ângulo maior que o crítico, porque, se for menor ou igual, ocorrerá
uma refração.
Questão 2
Um sistema de transmissão é composto basicamente de três
elementos: o emissor, o meio e o transmissor. No caso de redes
óticas, o meio é a fibra ótica.
Para que o sistema possa funcionar corretamente, é necessário
que, no emissor, exista um conversor ótico-elétrico...
Porque
Internamente, o computador utiliza sinais elétricos que devem ser
transformados para um feixe de luz antes de ser transmitido.
Quanto às assertivas, observamos que
Parabéns! A alternativa D está correta.
Realmente, em um sistema ótico, é preciso ocorrer a transformação
do sinal elétrico para o luminoso; no entanto, o erro na primeira
A
as duas afirmações estão corretas, e a segunda
justifica a primeira.
B
as duas afirmações estão corretas, e a segunda não
justifica a primeira.
C a primeira afirmação é correta; a segunda, falsa.
D a primeira afirmação é falsa; a segunda, correta.
E as duas afirmações são falsas.
afirmativa é que, no emissor, há um conversor elétrico-ótico, e não
um ótico-elétrico, que existe no receptor.
Considerações �nais
Vimos neste conteúdo que as redes metropolitanas (MAN) e de longa
distância (WAN) podem ser interligadas por diversas tecnologias que
evoluíram ao longo dos anos. Estudamos inicialmente as que já eram
utilizadas para realizar a interligação de WANs e MANs, como as redes
Frame Relay e ATM.
Em seguida, falamos sobre o protocolo MPLS e as redes Metro Ethernet,
soluções importantes de interligação muito empregadas pelas redes de
telecomunicações. Por fim, terminamos nossa jornada analisando as
redes óticas, apresentando, para tal, os fundamentos de seu
funcionamento e seus componentes.
Podcast
Para encerrar, confira a seguir as tecnologias utilizadas para interligar
MANs e WANs.

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Faça uma pesquisa na internet para entender como as companhias de
telecomunicações ofertam às empresas as soluções de interligação de
redes – em particular, MPLS e Metro Ethernet.
Referências
COMER, D. E. Interligação de redes com TCP/IP. 6. ed. Rio de Janeiro:
Elsevier, 2015.
FOROUZAN, B. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed.
São Paulo: McGraw-Hill, 2008.
INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION. Provisional
recommendations X.3, X.25, X.28 and X.29 on packet-switched data
transmission services. Geneva: ITU, 1979.
KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a internet: uma
abordagem top-down. 6. ed. São Paulo: Pearson Education, 2014.
METRO ETHERNET FORUM. Ethernet services definitions - phase 2.
Technical specification - MEF 6.1. Publicado em: abr. 2008.
METRO ETHERNET FORUM. Ethernet services definitions - phase 2.
Technical specification - MEF 10.1. Publicado em: nov. 2006.
METRO ETHERNET FORUM. Metro Ethernet network architecture
framework - part 1: generic framework. Technical specification - MEF 4.
Publicado em: maio 2004.
TANENBAUM, A. Redes de computadores. 5. ed. Rio de Janeiro:
Campus, 2011.
VENTURI FILHO; S. N.; GONZAGA, J.; DUTRA, G. Protocolos de
roteamento. 1. ed. Rio de Janeiro: Seses, 2019.
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